水素類似原子の波動関数

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水素類似原子の波動関数
水素類似原子の波動関数をまとめておこう。
全体の形は、
y n ,l ,m = Rn ,l (r ) ´ Yl , ± m (q , f )
1/ 2
ì (n - l - 1)! ü
Rn, l = - í
3ý
î 2n[(n + l )!] þ
æ 2Z ö
çç
÷÷
è na0 ø
é (2l + 1) (l - m )!ù
Yl , ± m (q , f ) = ê
ú
ëê 4p (l + m )!úû
l +3 / 2
æ Zr ö 2l +1 æ 2 Zr ö
÷÷ Ln + l çç
÷÷
r l expçç è na0 ø
è na0 ø
1/ 2
m
Pl (cos q )eimf
であるが、最初の数個の波動関数を表 1 に示した。
最初の規格化定数の所には、Rnl(r) と球面調和関数 Yl,±m(q,f) に含まれる規格化
定数を抽出して書いている。
表1
水素類似原子に対するシュレディンガーの方程式の解
n
l m
名称
1 æZ
ç
p çè a0
ö
÷÷
ø
3/2
1
0
0
1s
2
0
0
2s
æZ ö
ç ÷
4 2p çè a0 ÷ø
2
1
0
2pz
æZ ö
ç ÷
4 2p çè a0 ÷ø
±1
2px
2py
2
1
Rn,l(r)
規格化定数
1
1
3/ 2
Yl,±m(q,f)
exp( - Zr / a0 )
1
æ
Zr ö
çç 2 - ÷÷ exp( - Zr / 2a0 )
a0 ø
è
1
3/ 2
(同じ)
Zr
exp( - Zr / 2a0 )
a0
cos q
sin q cos f
sin q sin f
*表中の Rn,l(r)、Yl,±m(q,f ) の各々の規格化定数は省き、両方をまとめた積を「規
格化定数」の欄に記してある。
2
* a 0 = e 0 h (ボーア半径)
2
pme
*y 2px = {y (2,1,+1) + y (2,1,-1)}/2, y 2py = {y (2,1,+1) - y (2,1,-1)}/2i
直して、見やすくしている。
の形に
ちなみに、ルジャンドル陪関数(associated Legendre function)Pl|m|(cosq)は
P00(x)=1、P10(x)=cosq、P11(x)=sinq、
2
P20(x)=(3cos2q - 1)/2、P21(x)=3cosqsinq、P22(x)=3sin2q、など
ラゲールの倍多項式 L2nl++l1 ( x ) は
L11 ( x) = -1,
L12 ( x ) = -2!(2 - x),
L13 ( x) = -3!(3 - 3 x + x 2 / 2)
である。
L33 ( x) = -3!
L34 ( x) = -4!(4 - x)
L55 ( x) = -5!
など